隨著工業互聯網、大數據等新興技術與制造業的不斷融合，我國制造業的信息化、智能化水平不斷提高。服務于制造業的包裝產業，不僅可為工業產品提供安全防護、方便運輸等，還可通過信息化、智能化的包裝技術，使包裝具備信息傳輸、數據歸集、全程追蹤等功能，與制造業聯合建立起新型工業制造系統。《中國包裝工業“十三五”發展規劃》[1]和《關于加快我國包裝產業轉型發展的指導意見》[2]明確指出：著力發展智能包裝商品，推進智能包裝一體化發展，提升包裝信息化、智能化水平，包裝智能化發展成為包裝行業新的發展方向和機遇。

　　智能包裝是指在包裝基礎功能上，運用化學、物理、電子信息、材料、通信等技術，對包裝及內裝物流通全過程進行控制、記錄、識別等[3]，使包裝在保護產品、方便運輸的基礎上，具有信息數據傳輸、記錄、感知、交互等功能。智能包裝主要是通過二維碼、射頻識別(RFID)標簽等實現以上功能。近年來，隨著印刷電子技術的不斷進步和發展，將印刷電子應用到智能包裝的研究也在不斷深入。印刷電子是指利用傳統印刷技術，通過印刷方法制造電子器件或電路，具有柔性化、個性化、低成本、綠色環保等優點[4-6]。結合印刷電子技術的智能包裝產品，主要是利用印刷電子技術制作標簽、傳感器等，然后通過貼片等方式添加到包裝材料上，使包裝能夠記錄或反饋物流、位置、防偽等信息[7-9]，實現與使用者互動，或者增加包裝可觀賞性、與其他同類產品形成差異化等。目前，印刷電子智能包裝正在逐步成為一個新興產業。

　　本文在總結分析智能包裝技術發展現狀及趨勢的基礎上，對現有智能包裝技術進行全面解析，結合新興的柔性印刷電子技術，重點分析印刷電子在智能包裝中的應用及研究進展，以期為智能包裝、印刷電子技術的研究和應用提供參考和啟示。

　　1 智能包裝概述

　　1.1 智能包裝系統隨著大數據、智能化時代的來臨，人們希望商品流通過程也更加數據化、智能化，因此將通信技術、電子信息技術、智能材料等逐步應用到包裝產品中，形成智能包裝系統[10]。智能包裝融合了通信工程、包裝工程、印刷工程、生物學、物理學、電子信息、化學、材料等多學科，通過多學科技術有機融合，賦予包裝產品感知、通訊、記錄、交互、追蹤等功能。通過信息化手段持續跟蹤、實時反饋、記錄包裝流通全鏈條的信息數據，實現更好的產品保護、方便運輸流通，并有效收集、記錄數據信息[11-12]。智能包裝(如圖1)實現包裝信息功能的有效擴展和延伸，其核心是數據信息的傳遞和交流，通過賦予包裝智能化技術，實現從原材料供應、產品制造、產品包裝、物流配送、消費和包裝廢棄物回收利用等全過程的信息感知、儲存、傳遞、反饋等。

　　1.2 智能包裝分類根據使用技術不同，智能包裝可分為功能材料型、功能結構型及信息型三種。 1)功能材料型智能包裝功能材料型智能包裝是指將包裝技術與智能材料、指示劑、功能材料等新材料進行結合，為包裝增加更多功能，目前功能材料型智能包裝主要應用在食品、藥品等領域，以解決食品、藥品安全問題。在功能材料型智能包裝研究方面，許文才[15]、胡興軍[16]、柯勝海[17]等指出將具有氣味敏感、溫度變化敏感、光電感知的功能材料融合到包裝中，使包裝對外部環境變化具備感知和識別功能，可實現對包裝內容物溫度、濕度、密封性等性能的有效監控。石巖[18]指出具有溫敏、濕敏、氣敏等功能的智能包裝材料，不僅可作為包裝的主體材料，也可以加入到包裝輔助材料中，形成智能油墨、智能涂料、智能膠黏劑等材料。嚴純華等[19]將智能溫敏變色材料應用到食品包裝中，提出一種可實時指示食品變質的智能變色標簽，通過標簽顏色變化顯示包裝食品的新鮮度，當食品保存溫度或保質期超出規定時，則可以通過標簽顏色實時直觀顯示。柯勝海[20]對智能發光包裝展開研究，通過采用發光包裝材料，使包裝產品在不同的使用環境下，具有更加豐富的包裝視覺表現，增加了產品表現力。 Yildirim等[21]則采用具有抗菌、氧氣去除等功能的活性包裝技術，使包裝在特定條件下，延長產品保質期，改善食品安全性和感官特性，同時保持食品品質不變。尚咪[22]、劉麗[23]、謝智暉[24]等人則對功能材料在包裝防偽、導電油墨等方面的應用展開研究分析，將智能防偽材料應用到包裝產品中，利用光、電、磁等技術增強包裝防偽效果，從而實現對包裝物的有效防護。2)功能結構型智能包裝功能結構型智能包裝是指利用物理結構原理，通過改變、增加、優化部分包裝結構，或從物理構造方面設計新型功能結構，使包裝在某些方面具備特定功能，增強產品包裝的便捷性、安全性、可靠性以及智能性，滿足包裝應用商和消費者特定化、個性化需求。

　　1.3 智能包裝發展趨勢隨著物聯網、人工智能、5G技術的迅速發展，人類的生產生活將進入“萬物互聯”時代，智能數據應用分析的場景將越來越普遍。智能包裝未來幾年內，將隨著5G技術普及、印刷電子技術及其相應材料、設備、工藝等的逐漸成熟而迎來迅猛發展。融合RFID、印刷電子傳感器、智能材料的智能包裝，不僅可以實現商品的防偽溯源、防竄貨、互動營銷、消費分析等，還可以通過建立包裝數據化系統，使整個包裝制造和銷售過程信息透明化，實現包裝全過程可追蹤。未來一段時間，智能包裝發展將主要集中在以下幾方面[37]。 1)功能性智能包裝：傳統功能性智能包裝在電源、線路、電路板等方面，存在體積大、成本高、包裝嵌入不美觀等缺陷，而隨著印刷電子技術的快速發展，采用印刷電池、導電油墨線路、印刷傳感器、印刷顯示器等制作的智能包裝具有柔性、環保、體積輕薄、成本低等特點，將極大推動功能性智能包裝發展。 2)食品、醫藥智能包裝：結合印刷電子、生物醫藥、電子信息、材料技術、食品保鮮等技術，研發針對食品、醫藥特定領域的功能性智能包裝，如面向醫藥領域的用藥記錄和用藥時間提醒醫藥包裝，采用食品新鮮度指示標簽記錄、反饋食品保質期的食品包裝等。冷鏈物流包裝利用印刷紙電池、溫度傳感器和RFID標簽等，可以實時監控物流包裝的溫度和實現產品溯源追蹤。

　　2 印刷電子技術在智能包裝中應用

　　印刷電子技術是集印刷技術和電子技術于一體，采用傳統印刷技術來制備電子元器件或電路的技術，是電子制造的一個新興產業技術領域[38-39]。印刷電子技術可直接將導電油墨、銀漿等功能性材料通過印刷、沉積的方式轉移到基材上形成指定的圖案和形式，與傳統電子制造技術相比，印刷電子為“增材制造”，只需要在對應地方印刷功能性材料，便可實現電子器件制作，可有效減少三廢污染。同時，印刷電子不需要大型的專業電子制造設備，對生產技術、場地面積、專業技術人員等要求較低，還可利用印刷技術實現產品大規模和批量化的生產制造，降低生產成本[40-44]。印刷電子技術的不斷發展和進步，也為其在智能包裝中的應用提供有力的技術支撐[45]。目前，印刷電子技術在智能包裝中應用主要有印刷紙電池、印刷傳感器和印刷 RFID標簽等方面。

　　2.1 印刷紙電池印刷電池又叫紙電池，是將具有導電特性的油墨印刷在紙張或柔性材料上，形成可以儲備電能的電池或電容器。紙電池最早是由華人科學家張霞昌提出，紙電池以柔性材料為基底，將正負極、電解質、集電極等封裝形成封閉的電化學體系，通過電極與外部連接輸送電流[46]。紙電池的提出和發明，有效避免了傳統電池的重金屬、鋰及堿性氧化物等泄漏的問題，并實現電池小型化、柔性化，現已初步應用到微型標簽顯示器、智能卡、化妝品包裝等領域。在印刷電池研究方面，3M公司與合作者聯合研發了銀納米線薄膜，在聚酯薄膜基底上通過印刷方式獲得銀納米線導電油墨微圖案，該產品具有高柔彈性，可用于制造柔性電極、柔性電池等。Kang等[47]采用絲網印刷技術在鋁塑膜上，連續印刷集流體、活性層、電解質層等，制備得到柔性薄膜鋰離子電池。崔屹等[48]以碳納米管為電極，將銀和碳納米管材料組成的特殊墨水印刷到紙張上，通過電解反應產生電流，成功制成紙電池。

　　2.2 印刷傳感器由于印刷電子具備綠色環保、大批量、低成本的特點，其在設備、材料和制備工藝方面的不斷進步，為其在傳感器制備方面的應用提供良好基礎。采用印刷電子技術制備傳感器成為印刷電子的重要部分，由于其制備工藝靈活且不受基底材料限制，因此可賦予電容、電阻、電感等傳感器件更多的感知功能。而將傳感器與包裝進行有效結合后，便賦予包裝豐富的感知功能。

　　2.3 印刷RFID標簽 RFID標簽是目前應用較為廣泛的智能包裝技術，但是傳統的RFID標簽由于存在明顯的缺陷，因此難以大面積普及和推廣。同時無源RFID標簽讀取不便、易受干擾，RFID天線印刷制備工藝復雜，生產過程產生大量廢液等污染物，也阻礙了RFID標簽在包裝中的應用和發展。而印刷電子技術的出現和興起，可為RFID標簽提供很好的解決方案。目前，采用絲網印刷和噴墨打印可直接實現RFID天線印制，印刷紙電池的出現則很好解決無源RFID標簽在讀取精度、范圍、靈敏度等方面的缺陷。采用印刷電子技術制備RFID標簽可實現大規模生產制作，有效降低生產成本，加快其在智能包裝行業中的應用。印刷RFID標簽研究重點主要在導電油墨研究方面，Merilampi等[52]通過研究獲得一種含銀的導電墨水，在紙質基材上具有良好的印刷適性。曹彬等[53] 通過研究制備得到一系列不同銀微粒含量的導電油墨，并通過絲網印刷獲得不同銀含量油墨在相對應條件下的印刷工藝參數。

　　3 印刷電子智能包裝應用實例

　　在物聯網、移動互聯網和5G技術的進一步結合和發展下，同時隨著印刷電子技術及其相應的材料、工藝、產品的逐漸成熟，印刷電子技術在智能包裝中的應用呈現出更廣泛的功能，其應用場景也不斷豐富，具體應用實例如下。

　　3.1 印刷紙電池在智能包裝中應用實例基于印刷紙電池技術的智能包裝，主要是利用微型化、柔性化的紙電池作為動力源為包裝提供能源，使包裝產品在不同應用場景實現不同功能，相關應用實例見表1[37]。

　　3.2 印刷傳感器在智能包裝中應用實例印刷傳感器在智能包裝中應用，主要是利用傳感器監測包裝產品質量，監控外部環境情況、供應鏈、運輸情況等，使包裝產品具備感知功能，具體應用實例見表2[37]。

　　3.3 RFID標簽在智能包裝中應用實例 RFID/NFC標簽在智能包裝中應用，主要是利用其具有的通信、定位和數據交換等功能，使其成為智能包裝體系中的感知層，再集合管理系統和數據平臺，對包裝在生產、倉儲、運輸過程中質量信息以及銷售分布等進行記錄、統計和分析，為產品銷售、生產等提供決策支持，具體應用實例見表3[37]。

　　4 結語

　　隨著印刷電子技術和智能包裝不斷深入結合，包裝功能將得到進一步的拓展和延伸，各種新興技術也將會不斷應用到包裝產品中，使包裝的智能化、實用化水平得到進一步提升，通過包裝品質優化提升產品價值，促使包裝產業更好服務制造業和國民經濟發展。在消費升級和新零售的助推下，通過進一步開發形式多樣的智能包裝產品，豐富智能包裝在產品溯源、食品安全、智能及冷鏈物流、防偽驗證等方面的應用場景，形成智能包裝產業鏈，實現智能包裝更好更快發展。

　　參考文獻

　　[1] 工業和信息化部，商務部. 關于加快我國包裝產業轉型發展的指導意見：工信部聯消費 [2016] 397 號 [EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.mofcom.gov.cn/ article/h/redht/201612/20161202273150.shtml. Ministry of Industry and Information Technology, Ministry of Commerce. Guidance on Accelerating the Transformation and Development of Packaging Industry in China：Consumer Goods Industry Division， Ministry of Industry and Information Technology [2016] No.397 [EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.mofcom. gov.cn/article/h/redht/201612/20161202273150.shtml.

　　[2] 中國包裝聯合會.中國包裝工業發展規劃(2016-2020 年)[EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.cpta.org.cn/ articleDetail.html?id=6821. China Packaging Federation. China Packaging Industry Development Plan (2016-2020) [EB/OL]. [2017-11-01]. http://www.cpta.org.cn/articleDetail.html?id=6821.

　　《基于印刷電子的智能包裝研究與應用》來源：《數字印刷》，作者：王 展1 ，鐘云飛2